高强混凝土的应用和发展趋势

杜正伟 梁韵婕 郑义文 吴文涛

1 引言

高强混凝土最早欧美等发达国家被发明和应用，60年代得到了国外一些公司的推广应用，经过数十年的发展，发达国家已经基本可以实现高强混凝土的普遍生产和施工应用，如道路，房建，港口，桥梁等工程建设之中。我国高强混凝土的技术发展较晚，虽然落后于发达国家，但近些年来我国的高强混凝土技术研究已经取得了一些进展，如对高强混凝土的力学性能等基本性能的研究比较充分，并且一些工程中已经用到了高强混凝土。然而对于我国的高强混凝土的研究和应用依然需要不断进行，以实现高强混凝土的改进和创新，不断扩大应用，同时保证高强混凝土的施工质量。

2 高强混凝土定义和特点

2.1 高强混凝土的定义

传统混凝土是通过水泥、砂、石子经水按照一定比例拌合而成，具有良好的浇筑和使用性能。而高强混凝土是在传统混凝土的基础上，通过在原材料拌制时，添加高强减水剂或者其他具有活性的掺料，在进行混凝土的拌合，形成的高强混凝土通常具有很高的强度和耐久性能，比传统混凝土的工作性能更好。

2.2 高强混凝土的结构特点

（1）强度高。高强混凝土的最显著的特点就是其强度比普通混凝土明显更高，而高强度意味着其承载能力更强，因而在相同的设计荷载作用下可以实现更小的截面设计，对于减轻混凝土构件的自重也具有明显的优势。此外在高层建筑中，由于高强混凝土的这种特点，也经常会被使用，以实现高承载力、高性能、低重量的设计要求。

（2）流动性高、早强性好。高强混凝土除了其最终的强度高以外，其早期强度相比于传统混凝土也更高，这一特点的原因是在高强混凝土拌制时，掺入了高强减水剂，从而使得混凝土结构的内部发生了一系列物理和化学反应，从而提高了高强混凝土的早期强度。因此利用高强混凝土的早强性，可以更快的浇筑混凝土，保证施工周期缩短，降低施工成本。

（3）良好的耐久性能。高强混凝土由于其结构内部密实，通过不同的材料配比可以实现更强的抗侵蚀性能，从而大大提高混凝土的耐久性能。然而高强混凝土由于十分密实，因而通常呈现更大的脆性，所以在实际施工中，既要考虑强度和耐久性能，又要结合其脆性进行全面的设计，考虑各种因素对高强混凝土的影响，不能片面的进行分析。

3 高强混凝土的应用现状

3.1 国外高强混凝土的应用概况

在国外，高强混凝土的应用较早，其施工技术也比较成熟。美国的高强混凝土建筑相对其他国家应用的更早，尤其是在芝加哥，与20世纪70年代，大量的高层建筑被兴建起来，其中大部分的建筑结构采用了高强混凝土作为建筑的基本材料。在加拿大，高强混凝土也得到了应用，如多伦多市的一幢56层大楼应用了高强混凝土，Sherbrooke市60m跨的人行桥的混凝土抗压强度为350MPa，其强度远高于传统混凝土。日本在20世纪40年代就已经实现了混凝土强度等级达到100MPa的突破，但由于日本特殊的抗震和延性要求，规定所使用的混凝土强度等级不宜超过60MPa。在法国的Catenom核电站，其中使用的2000根高强钢筋混凝土预应力梁抗压强度也达到了250MPa。马来西亚的吉隆坡石油大厦采用了高强混凝土建筑结构，使其成为了当时世界第二高的建筑物。在德国的混凝土结构设计规范中，混凝土的标号达到了C11，是当前世界范围内强度等级最高的。挪威仅次于德国，其规范中的混凝土最高强度设计等级为C105。

3.2 国内高强混凝土的应用概况

目前我国高强混凝土已经得到了越来越多的利用，尤其是在超高层建筑中。我国最早应用高强混凝土的建筑为1977年建成的毛主席纪念堂，其全部混凝土构件均采用60MPa的高强混凝土。近些年来由于我国对于高强混凝土的研究逐渐深入和高强减水剂的研发和生产不断扩大，促进了高强混凝土在实际工程中的应用。然而在我国高强混凝土的应用尚不广泛，主要集中在发达城市的高层建筑、大跨桥梁和海上建筑中。在我国的高强混凝土应用中C50以上的高强及C80以上超高强高性能混凝土仅在经济发达的城市或地区的推广应用较为普及，其中最高混凝土强度等级在实际工程中达到了C130。

4 高强混凝土的发展趋势

4.1 实现高性能化是一项系统工程

高强混凝土的应用是为了实现传统混凝土不具备的各项性能，如高耐久性、良好的工作性、各种力学性能、适用性、良好的体积稳定性和经济合理性等。当前在国内高校和研究机构的试验室中，已经可以配制出各种高强度、高性能的混凝土试件。然而推广到实际工程当中，经常会出现各种问题，甚至不如普通的混凝土。因此在这一方面需要提高重视程度，既将混凝土的研发和设计与实际生产结合，从设计、生产到施工管理需要进行整个流程的协调和把控，确保高强混凝土在实际应用时的系统性，充分发挥其优良的性能。

4.2 “绿色低碳”的发展模式

高效节能绿色低碳，不仅是建筑业的发展要求，更是全世界共同追求的目标，因此在高强混凝土的应用中，也要体现资源节约、环境保护、节能减排的环保理念，如可以在高强混凝土的设计和施工中，通过外掺剂采用更少的水泥，更多的利用工业废料以实现混凝土行业的绿色可持续发展。

4.3 建立科学的配合比设计方法

传统的配合比设计是基于普通混凝土进行的，然而高强混凝土不同于普通混凝土，因此在配合比的设计中，需要进行科学合理的研究，以实现更适合高强混凝土的混凝土配合比设计，满足其在拌制、运输、施工、使用各个阶段中的性能要求，建立起更为科学的高强混凝土发展关键技术。

4.4 高强混凝土的标准化研究

现阶段我国的混凝土设计规范中的内容，大多是基于普通混凝土的，因此对高强混凝土的设计规范需要根据国内外的大量研究成果，进行总结和归纳，实现高强混凝土应用技术的规范化。修订和完善混凝土标准规范对于高强混凝土的应用和推广具有十分重要的意义。

5 结语

随着我国建筑土木行业的迅速发展，基础建设的规模越来越大，传统混凝土越来越难以适应更高的设计要求，因此高强混凝土的出现为建筑行业的发展带来了新的动力，由于我国高强混凝土的研究起步较晚，因此需要对高强混凝土进行大量的研究和推广，并且归纳总结现有研究成果，将其写入设计标准和规范中，以更好的指导高强混凝土的实际施工应用。